Energia dal sole: come sfruttarla?

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2 Energia dal sole: come sfruttarla? Plus: abbondante, gratuita, democratica, rinnovabile Minus: discontinua, aleatoria, bassa densità energetica Tecnologie: Solare Termico Solare Termodinamico Solare Fotovoltaico

3 Solare Termico (1/3)

4 Solare Termico (2/3) Trasformo l energia del sole direttamente in calore, sfruttando: Effetto serra (vetro) Colore scuro, trattamenti assorbenti solamento retrostante Calore a bassa temperatura (30-70 C) Solo per usi diretti: acqua calda, riscaldamento,

5 Solare Termico (3/3) Plus: Alta efficienza (produzione diretta di calore) Tecnologia semplice Costi ridotti Minus: l calore è un energia poco trasportabile e l calore è un energia poco trasportabile e difficilmente conservabile => impianti soprattutto di piccola taglia per usi civili

6 Solare Termodinamico (1/2) Trasformo l energia del sole in calore ad altissima temperatura, concentrando i raggi solari; con il calore produco vapore Con il vapore aziono delle turbine (en. Meccanica) Con le turbine e gli alternatori produco en. Elettrica

7 Solare Termodinamico (2/2) Plus: En. Elettrica è facilmente trasportabile e distribuibile Relativa continuità di erogazione (stoccaggio giorno/notte del calore) Minus: Adatto solo per grandi impianti (produzione centralizzata)

8 Solare Fotovoltaico (1/3)

9 Solare Fotovoltaico (2/3) Trasformo energia del sole direttamente in elettricità senza passaggi intermedi (materiali semiconduttori colpiti da radiazioni elettromagnetiche) L elettricità è prodotta in forma di corrente continua (CC) ed è poi trasformata in corrente alternata (AC) (es. 220 V, 380 V)

10 Solare Fotovoltaico (3/3) Plus: En. Elettrica è facilmente trasportabile e distribuibile Tecnologia estremamente scalabile e modulare (da micro a grandi applicazioni) Minus: Costo relativamene elevato Estrema fluttuabilità di produzione

11 Schema impianto FV civile L impianto eroga energia in CC, l inverter la trasforma in AC nverter Contatore di produzione l surplus di produzione è immesso in rete L energia richiesta dalla casa viene soddisfatta prima con l energia erogata dall impianto FV e, se non bastasse, viene prelevata dalla rete pubblica Contatore di scambio con la rete (prelievi / immissioni) La rete pubblica assicura la fornitura di energia quando l impianto FV non produce a sufficienza (es. di notte)

12 L nverter Compiti: Estrarre dai moduli FV la massima potenza possibile (inseguimento del punto di massima potenza MPPT) Trasformarla in corrente alternata (AC) mmetterla nella rete pubblica (o nella rete di casa) nel rispetto dei parametri e delle precauzioni necessarie al funzionamento corretto della rete stessa

13 estrarre? l modulo FV deve estrarre energia dalla radiazione solare La conversione di questa energia, potenzialmente disponibile in un certo momento, in energia elettrica effettivamente fruibile (in CC), dipende dal lavoro che l inverter compie sul modulo FV! ( estrarre energia dal modulo FV )

14 Fisica della Corrente Continua Legge di Ohm: V = R U V R Potenza: P = V Energia: E = P t R può rappresentare un elemento che dissipa energia (una resistenza propriamente detta) oppure un elettrodomestico che assorbe energia e la usa e trasforma in qualcosa di utile per noi (ed assorbe energia equivalente ad R )

15 Generatori di tensione ideali U V R V 12 V = U = 12 V Se il generatore ha una tensione di 12 Volt (cioè U = 12 V), idealmente esso eroga sempre 12 V anche se R vale zero (cortocircuito) e quindi la corrente tende ad infinito!

16 Generatori di tensione reali (lineari) U Ri V R V 12 V = U - Ri = 12-6 sc=12/2=6 generatori reali vengono modellati con l aggiunta di una Resistenza nterna Ri. Se fosse Ri = 6 Ω il generatore sarebbe in grado di erogare al max una corrente di 6 A (sc = corrente di shortcut )

17 Punto di lavoro (1/2) V U V R 1 R 2 R 3 R 12 V = U = 12 V V = R Metodo Analitico Metodo Grafico

18 Punto di lavoro (2/2) Ri U V R V 12 R 1 R 2 R 3 V = U - Ri = 12-6 V = R Metodo Analitico Metodo Grafico

19 Moduli Fotovoltaici come generatori V FV V R Voc moduli FV si comportano come generatori NON LNEAR. La loro curva caratteristica che esprime il legame fra e V, è data dal produttore ed è soggetta a modificarsi durante il funzionamento dell impianto. sc

20 La curva caratteristica -V Si definisce: Voc la tensione open circuit del sistema (R = ), -> massima tensione che il modulo può presentare ai suoi morsetti (cioè quanto sono senza carico) sc la corrente di shortcut del sistema (R = 0), -> massima corrente che il modulo può erogare (cioè quando si collegano tra di loro i morsetti) NB: sia a circuito aperto che in corto circuito, la NB: sia a circuito aperto che in corto circuito, la potenza che il modulo eroga (e quindi l energia che produce) è ZERO (P = V e E = P t ).

21 FV V R Punto di Massima Potenza (1/3) V Voc MPP sc L area sottesa al punto di lavoro indica la potenza P = V assorbita dal carico (utilizzatore) R e allo stesso tempo erogata dal generatore. l Punto di Massima Potenza (MPP) è il punto di lavoro che massimizza quest area.

22 Punto di Massima Potenza (2/3) Scopo dell inverter (circuito MPP-Tracker) è quello di variare il valore di R visto dal generatore FV in modo da farlo lavorare il più vicino possibile al suo MPP e estrargli quindi la potenza più alta possibile. La potenza estratta al modulo FV determina l energia che l impianto FV produce e immette nella rete pubblica e quindi il guadagno del proprietario!

23 Punto di Massima Potenza (3/3) V 1000 W/mq FV V R 750 W/mq 500 W/mq 250 W/mq L MPP varia notevolmente al variare: dell irraggiamento solare che arriva sulle celle della temperatura di lavoro delle celle degli ombreggiamenti locali che potrebbero presentarsi su singole celle (sporcizia,.)

24 A voi gli strumenti! Nell esperienza del pomeriggio proveremo a tracciare assieme, raccogliendo sperimentalmente una serie di misure, la curva caratteristica -V di un modulo FV Sulla base della curva -V, variando la Sulla base della curva -V, variando la resistenza di carico, cercheremo di calcolare il punto di massima potenza MPP del modulo

25 Arrivederci! Abbiamo una grande sfida davanti: cambiare uno stile di vita che sta esaurendo le risorse del pianeta e assicurare alle generazioni che verranno una società migliore, più pulita, più solidale dove l'acqua, la terra, l'aria siano beni comuni da tutelare. Sono queste le basi per un futuro sostenibile: unisciti a noi, insieme ce la possiamo fare. Morellato Energia

26 Fabbisogno 4000 kwh/anno Produzione: 3600 kwh/anno x 0,39 /kwh = 1400 /anno mmissioni: 1800 x 0,08-0,12 = /anno Autoconsumo: 1800 kwh/anno x 0,22 /kwh = 396 /anno Prelievi: 2200 kwh/anno x 0,22 /kwh = 484 /anno BENEFCO TOTALE: circa 2000 /anno